半导体生产能力和工艺良品率的主要影响因素

良品率测量点

维持及提高工艺和产品的良品率对半导体工艺至关重要。任何对半导体工业做过些许了解的人都会发现，整个工艺对其生产良品率极其关注。的确如此，半导体制造工艺的复杂性，以及生产一个完整封装器件所需要经历的庞大工艺制程数量，是导致这种对良品率的关注超乎寻常的基本原因。这两方面的原因使得通常只有20%~80%的芯片能够完成晶圆生产线全过程，成为成品出货。

对于大部分制造工程师来说，这样的成品率看上去真是太低了。刻蚀当我们考虑一下所面临的挑战，是要在极其苛刻的洁净空间中，通过约39块不同的掩膜版，在140平方毫米的芯片范围内，制作出数百万个微米量级的元器件平面构造和立体层次，就会觉得能够生产出任何这样的芯片已经是半导体工业了不起的成就了。

另外一个抑制良品率的重要方面是大多数生产缺陷的不可修复性。不像有缺陷的汽车零件可以更换，这样的机会对半导体制造来说通常是不存在的。缺陷芯片或晶圆一般是无法修复的。在某些情况下没有满足性能要求的芯片可以被降级处理做低端应用。废弃的晶圆或许可以发挥余热，作为某些制程工艺的控制晶圆或假片使用。

除了以上这些工艺方面的因素外，规模化的量产也使得良品率越发重要。巨额的资金投入，高于工业界平均比例的工程技术人员使用，这些导致了半导体生产高昂的分摊成本。居高不下的分摊成本，加上激烈竞争使得产品价格持续下滑，驱使大部分芯片生产厂运行在一个大规模量产，高良品率的水平上。

基于所有这些原因，也就不难理解半导体工业对于良品率的执着了。大部分的设备和原材料供应商都以自己的产品可能提升良品率来作为推销的主要手段。同样，工艺工程部门也把维持和提高制程良品率当作本部门的主要责任。良品率测量在制程的每一单个工艺开始，并追述到整个工艺流程，从输入空晶圆到完成的电路的装运。

通常，工厂将在工艺的三个主要点监测。它们是晶圆制造工艺完成时、晶圆中测后和封装完成时并进行终测。

累积晶圆生产良品率

在晶圆完成所有的生产工艺后，第一个主要的良品率被计算出来了。对此良品率有多种不同的叫法，如FAB良品率、生产线良品率、积累晶圆厂良品率或“CUM”良品率。

无论怎么命名，都是用完成生产的晶圆总数除以总投入片数的一个百分比来表示。不同类型的产品拥有不同的元件、特征工艺尺寸和密度因子。将会针对产品类型而不是对整个生产线计算一个良品率。

晶圆生产良品率的制约因素

晶圆生产良品率受到许多方面的制约。下面列出了5个制约良品率的基本因素，任何晶圆生产厂都一定会对它们进行严格的控制。这5个基本因素的共同作用决定了一个工厂的综合良品率。

1.     工艺制程步骤的数量；

2.     晶圆破碎和弯曲；

3.     工艺制程变异；

4.     工艺制程缺陷；

5.     光刻掩膜版缺陷。

工艺制程步骤的数量

甚大规模集成电路需要数百个主要工艺操作。具有数百个工艺操作步骤的工艺过程是典型的艺术品。每一个主要工艺操作包含几个步骤，每一个步骤又依序涉及到几个分步。能够在经过众多的工艺步骤后仍维持很高的CUM良品率，这一切显然应归功于晶圆生产厂内持续不断的良品率压力。在众多的工艺步骤作用下，电路本身越复杂，预期的CUM良品率也就会越低。

每一个主要工艺操作都包含了许多工艺步骤及分步，这使得晶圆生产部门面临着日益升高的压力。每一个分步骤都存在污染晶圆、打碎晶圆，或者损伤晶圆的机会。自动化和隔离技术提供了更多的控制晶圆的环境，但每个转移和新工艺的环境给污染和芯片损伤增加了一次机会。